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1 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中關(guān)于影響水土壓力的一些原因

在我國現(xiàn)在執(zhí)行的有關(guān)建筑基坑支護(hù)技術(shù)的一些規(guī)章制度中，這樣說在基坑開始建設(shè)施工的時(shí)候，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)水土壓力的計(jì)算一般是用朗肯經(jīng)典土壓力理論來實(shí)現(xiàn)的，但是在實(shí)際的施工中，在計(jì)算支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力的監(jiān)測(cè)值和用朗肯理論來計(jì)算出來的值差別非常大。造成這種情況的原因有很多中，下面歸納了幾種比較常見的:

1.1 土微觀結(jié)構(gòu)方面的原因

土微觀結(jié)構(gòu)方面的原因一般來說可以分為三種情況:(1)原狀土的結(jié)構(gòu)性。我們?cè)趯?duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的土質(zhì)情況進(jìn)行勘探取樣，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工建設(shè)與基坑在建設(shè)施時(shí)的擾動(dòng)，會(huì)使得原狀土強(qiáng)度降低許多。(2)不飽和土基質(zhì)的吸力作用。我們?cè)趯?duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候，通常情況下都不會(huì)考慮這種吸力對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)負(fù)荷的減少。(3)固結(jié)土真黏聚力會(huì)隨著深度與固結(jié)壓力的增加而增加。在基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的建設(shè)施工中，土之間的孔隙率會(huì)慢慢的變小其密實(shí)度也會(huì)慢慢增加，正常固結(jié)黏土密度也會(huì)成正比例增加，土自身本來也有黏聚力，隨著土的壓力越來越大其壓黏聚力也會(huì)增強(qiáng)，黏聚力是土體抗剪強(qiáng)度中非常重要的一部分，能夠使得基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的土壓力變化很大。

1.2 土體應(yīng)力狀態(tài)和應(yīng)力路徑的原因

土體應(yīng)力狀態(tài)和應(yīng)力路徑也有三個(gè)方面的原因:(1)主應(yīng)力的原因。我們?cè)趯?duì)基坑進(jìn)行開始挖掘的過程中，基坑周圍土體應(yīng)力的情況通常都是三維的，其主應(yīng)力對(duì)土強(qiáng)度有著非常強(qiáng)的影響。(2)在小圍壓的時(shí)候土強(qiáng)度指標(biāo)。經(jīng)過多年的實(shí)驗(yàn)研究，在小圍壓的情況下，土強(qiáng)度的指標(biāo)會(huì)變得非常高，在室內(nèi)進(jìn)行的試驗(yàn)中我們常用的圍壓一般在100kPa 以上，然而在實(shí)際的工作中圍壓通常是不到100kPa 的，如果我們用室內(nèi)試驗(yàn)的指標(biāo)的話就會(huì)低估地基土的實(shí)際強(qiáng)度指標(biāo)。(3)土的超固結(jié)。正常固結(jié)地基土之中，基坑在挖掘卸載之后，會(huì)因?yàn)槠骄闹鲬?yīng)力和圍壓降低，地基土變?yōu)槌探Y(jié)土。小圍壓的狀態(tài)下，強(qiáng)度指標(biāo)的提高，就會(huì)使得主動(dòng)土壓力降低而被動(dòng)土壓力升高。

1.3 孔隙水壓力的原因

孔隙水壓力的原因一般來說有四個(gè)原因:(1)在基坑挖掘的時(shí)候會(huì)使得土體出現(xiàn)負(fù)超靜孔隙水的壓力，進(jìn)而使得基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變。(2)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)土體中毛細(xì)飽和區(qū)的原因，在實(shí)際的基坑支護(hù)施工中粉細(xì)砂與粉質(zhì)粘土以及粉質(zhì)砂土，這些區(qū)域還是相對(duì)來說比較厚，可以形成假的黏聚力，這樣也可以大大降低基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)壓力。(3)人工降低地下水的原因，在基坑支護(hù)施工中，我們一般會(huì)用人工降低地下水，這個(gè)時(shí)候土體的滲透力通常是向外或者向下的，這時(shí)候主動(dòng)土壓力降低而被動(dòng)土壓力就會(huì)增加。(4)基坑內(nèi)部排水滲流的原因，我們要是用基坑內(nèi)部排水這個(gè)方法的話，就很容易會(huì)出現(xiàn)滲透力。

2 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)中水土壓力的計(jì)算方法

2.1 水土分算的原則

顧名思義就是分別來計(jì)算土壓力與水壓力，相加起來就是總側(cè)壓力。這個(gè)原則比較適合土孔隙里面有自由重力水，還時(shí)候土的滲透性比較好的情況，砂土與粉性土以及粉質(zhì)粘土比較一般。我們?cè)谒畨毫屯翂毫Ψ謩e計(jì)算的時(shí)候，如果地面是地下水水位的話，那么我們想要計(jì)算在基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)作用的側(cè)壓力可以用下面的公式來計(jì)算:

在上面那個(gè)公式中:Ka 是主動(dòng)土壓力的系數(shù);Kp 是被動(dòng)土壓力的系數(shù);r'、Rw 分別是土浮重度與水重度。

2.2 水土合算的原則

這個(gè)原則主要中心思想是認(rèn)為在土孔隙中是沒有自由重力水的，然而卻有結(jié)合水，由于結(jié)合水并不傳遞靜水壓力，預(yù)算我們就要把土粒和孔隙水共同組成的土體當(dāng)作對(duì)象，然后直接用土飽和的重度來計(jì)算側(cè)壓力。這個(gè)原則比較適用不透水粘土層。

我們采用水土進(jìn)行合算的時(shí)候，如果地面為地下水水位的話，那么我們想要計(jì)算在基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)作用的側(cè)壓力可以用下面的公式來計(jì)算:

在上面的計(jì)算公式中:Kp 是被動(dòng)土壓力的系數(shù);Ka 是主動(dòng)土壓力的系數(shù);Rsat、Rw 是土浮重度與水重度。

3 如何選擇適合的支護(hù)結(jié)構(gòu)上水土壓力計(jì)算方案

3.1 水土壓力計(jì)算方案的選擇

在實(shí)際的工作中，水壓力與土壓力進(jìn)行分開計(jì)算的話，主要是分別計(jì)算土骨架與孔隙水帶來的側(cè)向的壓力，要符合土有效的原理，按照有效應(yīng)力來計(jì)算土壓力的時(shí)候，我們應(yīng)該選用水壓力與土壓力分別計(jì)算來計(jì)算土壓力。如果用總應(yīng)力的方法來計(jì)算土壓力的話，那么把Rsat=r' +Rw 這個(gè)公司帶入(3)和(4)這個(gè)兩個(gè)公式中就可以了，然后就得出下面的一組公式:

這兩個(gè)公式與(1)和(2)兩個(gè)公司相比較來說，可以看出水壓力與土壓力合算的方案就是把水壓力乘上土壓力的系數(shù)。但是如果是砂質(zhì)土的話，顯然是不行的。因此如果是砂土和粉土的話還是選用水壓力與土壓力分開來計(jì)算比較好。粘性土情況非常復(fù)雜，把土里面的水都當(dāng)作自由水的話，這顯然也不是很適合。但是如果粘性土里面的水并不都是自由水的話，那么還是比較適合的。若再考慮支護(hù)結(jié)構(gòu)水土壓力的一些原因的話，粘性土在基坑支護(hù)建設(shè)的施工階段還是用水壓力與土壓力合起來計(jì)算比較合適，在實(shí)驗(yàn)階段選用水壓力與土壓力分開計(jì)算比較合適。

3.2 土抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的選擇

如果選用水壓力與土壓力合起來計(jì)算土壓力的時(shí)候，那么抗剪強(qiáng)度的指標(biāo)應(yīng)該用土總應(yīng)力的指標(biāo)C 或者φ。如果選用水壓力與土壓力分開進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候，那么抗剪強(qiáng)度的指標(biāo)要用有效指標(biāo)C'、φ'。在進(jìn)行水壓力與土壓力進(jìn)行分別計(jì)算的時(shí)候，我們也可以用總應(yīng)力指標(biāo)來試驗(yàn)其強(qiáng)度指標(biāo)Ccu、φcu，經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)我們得出，這兩種算法效果是一樣的。

4 結(jié)束語

總而言之，在我國現(xiàn)在執(zhí)行的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范與制度上，對(duì)水土壓力的計(jì)算一般都規(guī)定了，“水土分算”與“水土合算”這兩種方案，然而在實(shí)際的工作中許多的規(guī)章制度往往都會(huì)有一些差別，因此這些規(guī)章制度往往僅僅是建立在一定的地質(zhì)條件上，還需要有根據(jù)一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。所以，我們?cè)谶x擇水土壓力的計(jì)算方案的時(shí)候，還需要根據(jù)一些地質(zhì)條件與施工條件比較相近的工程經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行選擇。不管是選擇那種方案來進(jìn)行水土壓力的計(jì)算，都要選擇適合的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)與安全系數(shù)。在進(jìn)行基坑挖掘的時(shí)候，強(qiáng)度指標(biāo)應(yīng)該按照基坑挖掘的地質(zhì)特征經(jīng)過試驗(yàn)來進(jìn)行選擇。

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